電容指紋傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容指紋傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]中國發(fā)明專利《電容指紋傳感器》(申請(qǐng)?zhí)枮?01410004072.3)中提出的電容指紋傳感器技術(shù)方案是在中國發(fā)明專利《電容式距離傳感器》(申請(qǐng)?zhí)枮?01210403271.2)的基礎(chǔ)上對(duì)傳感方程和電路模型做了優(yōu)化，提出的新的電路結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了 “C-Q-T”的轉(zhuǎn)換。
[0003]電容式指紋傳感器是通過測量指紋谷線、脊線與平面?zhèn)鞲须姌O陣列單元之間形成的耦合電容的大小差異來對(duì)指紋成像。當(dāng)傳感電極陣列與手指之間的介質(zhì)層越厚的時(shí)候，電容會(huì)衰減，傳感器的成像也會(huì)越模糊。由于技術(shù)的發(fā)展，商用電容式指紋傳感器在傳感電極和目標(biāo)電極之間的介質(zhì)層厚度從10um量級(jí)增加到lOOum量級(jí)。更有甚者，考慮到手機(jī)屏幕的工業(yè)設(shè)計(jì)的完整性，希望指紋傳感器能直接穿透屏幕玻璃，也就是厚度400um-500um的化學(xué)強(qiáng)化玻璃。所以，盡可能的增強(qiáng)指紋傳感器的成像能力成為目前衡量指紋傳感器性能的重要指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要增強(qiáng)“C-Q-T”型指紋傳感器的成像，可以在手指與指紋傳感器之間耦合驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且提高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度來增強(qiáng)被測量信號(hào)，增強(qiáng)指紋成像。常用的驅(qū)動(dòng)方式有兩種，一種是對(duì)手指直接耦合驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一種是對(duì)指紋傳感器的電源端或者地端耦合驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這兩種驅(qū)動(dòng)方式在理論模型上，對(duì)指紋成像能力的增強(qiáng)是等同的，但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于手指的電氣特性比較復(fù)雜，很難準(zhǔn)確建模，并且不同個(gè)體，不同溫度、濕度下，電氣特性都不一樣，從而，對(duì)手指直接耦合驅(qū)動(dòng)的方法，在設(shè)計(jì)上帶來不便。一方面驅(qū)動(dòng)手指的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率不能過高，較高頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在手指表面?zhèn)鬏數(shù)臅r(shí)候幅度上會(huì)產(chǎn)生梯度，使驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度在手指表面表現(xiàn)出不一致，導(dǎo)致指紋成像會(huì)有區(qū)域不一致；另一方面，施加到手指上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度也不宜過高，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的峰-峰值超過4V的時(shí)候，會(huì)給人體帶來不適感。給指紋傳感器的電源端或者地端耦合驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方法可以很好的解決這些不足。一方面，耦合驅(qū)動(dòng)信號(hào)至指紋傳感器的電源端或者地端時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)不直接作用在手指上，也不會(huì)對(duì)人體帶來不適感，所以驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度不受限制；另一方面，該驅(qū)動(dòng)方式使指紋傳感器的電源端和地端電位跟隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化而變化，不會(huì)使指紋成像產(chǎn)生區(qū)域不一致；還有，由于該驅(qū)動(dòng)方法不需要對(duì)手指耦合驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以不改變手機(jī)表面的工業(yè)設(shè)計(jì)，比如對(duì)于把指紋傳感器置于手機(jī)蓋板下的設(shè)計(jì)，只需要在手機(jī)蓋板下安裝指紋傳感器，而不需要破壞手機(jī)蓋板的完整性。
[0005]本發(fā)明的目的是將對(duì)指紋傳感器的地端耦合驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方式應(yīng)用于“C-Q-T”型電容指紋傳感器中，使該類型傳感器可以受益于該種驅(qū)動(dòng)方式從而增強(qiáng)指紋傳感器的成像。
[0006]本發(fā)明提出的指紋傳感器主要有傳感單元，電荷累積單元，比較電路和傳感器地產(chǎn)生器。傳感器地產(chǎn)生器輸入端1接輸入電源VIN，地端接系統(tǒng)地GND，輸出端接指紋傳感器的地端SGND ;傳感單元的輸出端接電荷累積單元的輸入端；電荷累積單元的輸入端接傳感單元的輸出端，輸出端接比較電路的輸入端；比較電路的輸入端接電荷累積單元的輸出端，輸出端就是指紋傳感器的輸出。
[0007]傳感器地產(chǎn)生器包括電感，二極管，第一開關(guān)，第二開關(guān)和第三開關(guān):
[0008]第一開關(guān)的端口 1接傳感器地產(chǎn)生器的輸入端，端口 2接電感的端口 1 ;
[0009]第二開關(guān)的端口 1接二極管的端口 1，端口 2接地電平；
[0010]第三開關(guān)的端口 1接傳感器地產(chǎn)生器的輸出端，端口 2接地電平；
[0011]電感的端口 1接第一開關(guān)的端口 2，端口 2接二極管的端口 1 ;
[0012]二極管的端口 1接第二開關(guān)的端口 1，端口 2接傳感器地產(chǎn)生器的輸出端。
[0013]當(dāng)傳感器地產(chǎn)生器采用上述構(gòu)成時(shí)，其工作時(shí)序?yàn)?
[0014]步驟1-1:第一開關(guān)斷開，第二開關(guān)閉合，第三開關(guān)閉合，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出地電平；
[0015]步驟1-2:第一開關(guān)閉合，第二開關(guān)閉合，第三開關(guān)閉合，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出地電平。
[0016]步驟1-3:第一開關(guān)閉合，第二開關(guān)斷開，第三開關(guān)斷開，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出由電感值決定的非地電平；
[0017]步驟1-4:返回到步驟1-2。
[0018]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，傳感器地產(chǎn)生器也可以由電源電路，第五開關(guān)，第六開關(guān)組成:
[0019]電源電路的輸入端接傳感器地產(chǎn)生器的輸入端，輸出端接第五開關(guān)的端口 1 ;
[0020]第五開關(guān)的端口 1接電源電路的輸出端，端口 2接傳感器地產(chǎn)生器的輸出端；
[0021]第六開關(guān)的端口 1接傳感器地產(chǎn)生器的輸出端，端口 2接地電平。
[0022]當(dāng)傳感器地產(chǎn)生器采用上述構(gòu)成時(shí)，其工作時(shí)序?yàn)椋?br>[0023]步驟2-1:第五開關(guān)斷開，第六開關(guān)閉合，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出地電平；
[0024]步驟2-2:第五開關(guān)閉合，第六開關(guān)斷開，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出非地電平。
[0025]步驟2-3:返回到步驟2-1。
[0026]其中傳感單元內(nèi):
[0027]傳感電極為一個(gè)或多個(gè)電極，與初始化開關(guān)端口 1連接，與行選開關(guān)端口 1連接；所述目標(biāo)電極為測量目標(biāo)表面，與電平驅(qū)動(dòng)器1連接，位于傳感電極上方，與傳感電極之間有介質(zhì)層，目標(biāo)電極與傳感電極之間形成目標(biāo)電容；
[0028]驅(qū)動(dòng)電極，為一個(gè)或多個(gè)電極，與電平驅(qū)動(dòng)器1連接，位于傳感電極下方，與傳感電極之間有介質(zhì)層，驅(qū)動(dòng)電極與傳感電極之間形成驅(qū)動(dòng)電容；
[0029]電平驅(qū)動(dòng)器1，控制端與電平控制信號(hào)1連接，輸出端與驅(qū)動(dòng)電極連接；
[0030]電平驅(qū)動(dòng)器1在電平控制信號(hào)1為低時(shí)向驅(qū)動(dòng)電極輸出電平VII，在電平控制信號(hào)1為高時(shí)向驅(qū)動(dòng)電極輸出電平V12。
[0031]行選開關(guān)端口 1與傳感電極連接，端口 2連接到傳感單元的輸出端；
[0032]初始化開關(guān)，端口 1與傳感電極連接，端口 2與參考電壓1連接；
[0033]參考電壓1，與初始化開關(guān)端口 2連接。
[0034]其中電荷累積單元包括參考電壓2，復(fù)位開關(guān)1，和積分電容1:
[0035]參考電壓2，接復(fù)位開關(guān)1的端口 1 ;
[0036]復(fù)位開關(guān)1，端口 1接參考電壓2，端口 2接電荷累積單元的輸出端；
[0037]積分電容1，端口 1接電荷累積單元的輸出端，端口 2接指紋傳感器地端。
[0038]當(dāng)電荷累積單元采用此種構(gòu)成時(shí)，電荷累積單元的復(fù)位時(shí)序?yàn)?
[0039]步驟3-1:閉合復(fù)位開關(guān)1 ;
[0040]步驟3-2:斷開復(fù)位開關(guān)1。
[0041]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，電荷累積單元也可以由參考電壓3，復(fù)位開關(guān)2，放大器1和積分電容2組成:
[0042]所述放大器1的輸入端1連接電荷累積單元的輸入端，輸入端2連接參考電壓3，輸出端連接電荷累積單元的輸出端；
[0043]所述積分電容2的端口 1連接放大器1的輸入端1，端口 2連接放大器1的輸出端;
[0044]所述復(fù)位開關(guān)2的端口 1連接放大器1的輸入端1，端口 2連接放大器1的輸出端;
[0045]所述參考電壓3連接放大器1的輸入端2。
[0046]當(dāng)電荷累積單元采用此種構(gòu)成時(shí)，電荷累積單元的復(fù)位時(shí)序?yàn)?
[0047]步驟4-1:閉合復(fù)位開關(guān)2 ;
[0048]步驟4-2:斷開復(fù)位開關(guān)2。
[0049]進(jìn)一步地，電荷累積單元還可以由參考電壓4，復(fù)位開關(guān)3，復(fù)位開關(guān)4，放大器2、跟隨開關(guān)和積分電容3組成:
[0050]所述放大器2的輸入端1連接復(fù)位開關(guān)3的端口 2，輸入端2連接參考電壓5，輸出端連接電荷累積單元的輸出端；
[0051 ]所述復(fù)位開關(guān)3的端口 1連